细观损伤理论的非均质混凝土梁开裂模型

针对传统等效裂缝模型无法与细观损伤理论联系起来,多尺度分析裂缝开展的问题.采用以挠度为自变量的三点弯曲梁损伤计算方法,依据宏观断裂力学和细观损伤理论,根据两参数的Weibull分布理论,将细观损伤本构模型运用描述宏观断裂力学行为,并建立改进的混凝土梁开裂模型.并结合三点弯曲梁试验数据,同时利用ANSYS分析软件对开裂过程进行数值模拟.研究结果表明:采用改进的混凝土梁开裂模型数值模拟结果和试验数据吻合良好,表明该模型能准确描述混凝土梁的开裂,可以作为评价混凝土梁开裂与否的理论判据.     

钢筋混凝土柱低周疲劳力学性能分析

在以往12根1/2比例钢筋混凝土柱低周疲劳试验研究基础上,分析了不同位移幅值下弯曲型破坏混凝土柱的累积损伤发展规律,重点研究了钢筋混凝土柱的强度退化、刚度退化、能量耗散等力学性能。研究结果表明：钢筋混凝土柱的低周疲劳破坏过程一般可分为损伤迅速发展、相持及破坏3个阶段;强度退化和刚度退化与构件的损伤过程发展一致,导致其产生的根本原因是构件弹塑性性质及损伤的发展;构件破坏时滞回耗能随加载路径不同而存在显著差异,裂缝的开展和分布状态对构件耗能能力有明显的影响。     

基于混凝土损伤和断裂力学的重力坝体型优化设计研究

重力坝体型优化设计一直以来都是一个重要的研究课题.在常规优化设计考虑应力和稳定性约束条件的基础上,采用有限元软件ANSYS的一阶优化法,将混凝土指数函数损伤理论与断裂力学运用到坝体优化中,将坝踵区损伤控制在峰值损伤之内,限制坝体损伤的进一步发展;重力坝在运行过程中不可避免的会产生裂缝,尤其是在坝踵附近,考虑裂缝的产生并采用K判据分析裂缝的稳定性.将该方法应用于某重力坝的体型优化设计中,得到的考虑损伤后的优化设计结果虽比常规优化设计断面面积稍有增大,但可以控制损伤的进一步发展,所以更加安全.在加入损伤约束的基础上进一步考虑裂缝的产生,得出了即便在产生裂缝的情况下,坝体也能安全工作的剖面形态,且在优化过程中可以节省材料.此方法可为今后的重力坝设计提供一定的理论基础.     

预应力混凝土受弯构件疲劳损伤全过程非线性分析

基于唯象观点对混凝土和钢筋分别采用疲劳弯曲受压变形模量和钢筋面积这两种宏观物理量作为损伤量度．在正截面应力分析的基础上。提出了一种考虑钢筋和混凝土两种材料耦合作用的非线性疲劳损伤全过程分析方法．该方法可以考虑由于组成材料损伤机制不同而造成的疲劳损伤过程中的应力重分布现象,并且适用于交幅重复应力作用的情况．通过分段线性的方法实现了混凝土构件的非线性损伤过程分析．计算结果表明,该方法能够较好地对预应力混凝土受弯构件进行疲劳全过程分析．     

循环加载对钢筋混凝土梁抗剪性能影响研究

腹板斜向裂缝是钢筋混凝土梁中出现最多的裂缝形式之一，尤其是承受振动荷载的结构构件．目前循环荷载作用下构件抗剪承载力的试验较少，为此，在19根钢筋混凝土梁抗剪试验的基础上．分析了循环加载损伤对斜裂缝宽度和斜截面承载力的影响，试验主要变化参数为配筋率、剪跨比、循环荷载次数．研究表明：随着循环荷载次数增加，钢筋混凝土梁斜截面承载力显著降低，斜裂缝宽度明显增大．基于试验数据和采用不同规范计算值进行对比研究．给出了循环荷载作用下钢筋混凝土梁斜截面承载力损伤折减系数．该计算方法与现行规范计算分析有较好的结合．便于在工程实际中应用，为损伤后的钢筋混凝土梁斜截面承载力的评估提供了依据．     

纵向裂缝对隧道钢筋混凝土衬砌结构影响的试验

基于荷载 结构模型,开展了钢筋混凝土衬砌的加载试验.通过分析钢筋混凝土衬砌加载过程中结构的变形和裂缝展开规律,获得了纵向裂缝深度与结构转动刚度的关系曲线,提出了单一裂缝情况下钢筋混凝土衬砌的计算模型.该模型根据连接弹簧单元来模拟衬砌裂缝,弹簧单元的参数根据衬砌结构试验结果和理论分析确定.通过该模型得到的承载安全系数可以评价带裂缝衬砌是否需要进一步加固,对实际隧道工程具有指导意义.     

考虑低周疲劳损伤效应的钢筋混凝土柱Park-Ang损伤修正模型

针对现有钢筋混凝土构件损伤模型存在指标上下界不收敛、疲劳效应考虑不足等问题,提出了一种考虑低周疲劳效应的Park-Ang损伤修正模型.按照非线性叠加规律,调整模型最大变形和滞回耗能效应的组合形式.考虑低周疲劳效应的影响,通过遗传算法确定滞回耗能损伤的最优函数.以钢筋混凝土柱为研究对象,采用该修正模型进行了损伤评估,并与6种经典的损伤模型的评估结果进行了对比分析.结果表明,修正的Park-Ang模型适用于单调加载、变幅循环加载和等幅循环加载等各种加载路径的损伤评估,并且在构件失效状态的损伤计算误差小于10%,可以更准确地评估钢筋混凝土构件在任意加载路径下的损伤演化规律.     

基于累积损伤理论的古木构件剩余寿命计算方法

针对古木构件在保护和加固中的剩余寿命问题,提出了一种基于强度累积损伤理论的计算方法.同时,在多种因素综合作用下的截面时变模型的基础上,利用蒙特卡洛法,对构件的强度进行反算.得到具有一定可靠度指标的剩余寿命.与文献中的实例进行对比分析,验证该方法的可行性;通过2种不同的算例,得出了梁构件应该多注意裂缝的结论.     

混合式交错桁架结构抗震性能研究

通过对一个五层混合武交错桁架结构1/3模型的拟静力加载试验,得到该结构在水平反复荷载作用下的P-A滞回曲线和骨架曲线.分析了该结构的延性及变形能力,并通过应变分析得到主要构件的受力特征.最后利用ETABS软件非线性分析功能对该模型进行了Pushover分析,得出结构中构件塑性铰的产生和发展规律并与试验结果对比发现该结构体系破坏机理属于梁(桁架)铰机制.     

受弯钢筋混凝土构件裂缝开展规律的试验研究

为研究弯矩作用下混凝土构件的裂缝形状及发展规律,制作了48组混凝土构件组,对构件跨中部位裂缝的发展规律进行试验研究.构件制作时分别考虑了预埋钢筋的数量、钢筋表面形状以及钢筋保护层厚度这三种因素.研究结果表明,在弯矩作用下,混凝土构件裂缝的横断面形状近似为楔形.同时,根据构件两侧表面的裂缝形状和深度,可以近似地推断出结构内部裂缝的形状和深度,从而可对构件内部裂缝对耐久性和受力性能的影响进行研究.对混凝土的开裂控制螺纹钢要好于圆钢,对裂缝的控制效果双根钢筋要好于单根钢筋,因此在一定范围内,钢筋布置较密比钢筋布置稀疏更有利于混凝土开裂的控制.     

钢筋混凝土结构裂缝损伤状态模型建模方法与分析

提出了一种钢筋混凝土(RC)结构裂缝损伤状态模型的有限元建模方法.基于弥散裂缝数值模型,采用ANSYS中APDL实体建模技术,通过调控单元应力应变关系矩阵来模拟裂缝开裂后的力学行为,建立钢筋混凝土结构在含有稳定裂缝损伤情况下的状态模型.作为数值算例,分析了钢筋混凝土简支梁在不同开裂状态、不同开裂位置和多种阻尼工况下的静动力特性.结果表明,混凝土首次开裂对结构静动力特性影响最大,已有裂缝的张开闭合对结构的影响较小.简支梁的不利开裂位置集中在荷载响应较大的支座和跨中附近,以支座处最为不利.阻尼削弱钢筋混凝土梁的动态响应,对结构影响机理复杂,非线性明显.上述分析验证了该裂缝损伤状态模型建模方法的合理性和有效性.     

时域内梁式结构的两阶段裂缝诊断方法

提出诊断梁式结构中裂缝的位置和尺寸的一种时域两阶段方法．基于时域内的位移响应，结合正则化技术和假设检验，用平均曲率相对变化率表示的损伤指标来诊断梁式结构中边缘张开型裂缝的位置．应用线弹性断裂力学中的应变能释放率和应力强度因子与裂缝尺寸的解析关系式，推导出了时域内的裂缝尺寸模型来识别裂缝的尺寸．通过将裂缝模拟为扭转弹簧的有限元仿真分析，研究了文中方法的可行性，结果表明，应用该方法能够在较高的置信区间内准确地识别梁式结构中多处裂缝的位置，在一定精度内诊断出裂缝的尺寸．用受噪声污染的损伤指标与尺寸模型进行裂缝诊断结果表明，该方法对测量噪声具有良好的鲁棒性．     

钢结构构件抗断裂分析理论与实用方法研究

结构钢材的韧性随温度降低而下降,其破坏形态也由塑性屈服向脆性断裂转变,构件的承载力也由强度控制变为材料的韧性控制.本文以裂纹尖端张开位移(CTOD)为指标试验研究了钢结构低温断裂行为,并提出了基于CTOD指标的钢结构防脆断设计方法.研究表明,该方法以考虑裂纹扩展而提高部分的最大承载能力作为构件的承载力,引入了温度和厚度对钢材断裂韧性的影响,通过裂纹扩展量的参数使设计方法与试验结果相吻合.     

引入应变循环损伤的材料裂纹扩展行为预测模型

根据循环载荷下的裂尖循环弹塑性应力应变场分析,结合Manson-Coffin经验关系,定义了基于循环塑性区内材料塑性应变幅值的单位平均损伤;根据Miner疲劳线性累积损伤理论,以裂尖扩展方向的循环塑性区尺寸为裂纹裂尖的单位扩展量,提出了基于低周疲劳损伤预测I型裂纹扩展速率的新预测模型.新模型中给出的参数均有明确的物理意义,不需要人为调试.Cr2Ni2MoV和X12CrMoWVNbN 10-1-1两种转子材料的低周疲劳试验结果表明,新模型对这两种材料裂纹扩展速率的预测结果与试验结果吻合良好.利用相关文献中提供的6种材料的低周疲劳性能数据,进一步验证了新模型用于裂纹扩展速率预测的良好适用性.     

钢筋混凝土深梁和浅梁的统一非线性网格模型

提出将计算截面放置于结构中实现截面应力重分布分析的钢筋混凝土梁非线性网格模型方法,该方法不仅可以分别考虑梁的抗弯机制与抗剪机制,还可以描述钢筋混凝土浅梁和深梁从开裂至破坏的受力机理,从而实现钢筋混凝土梁的统一分析模型.算例结果表明,非线性网格模型不仅能较准确地计算结构的承载力,并且能清晰地反映结构受力机制,为设计分析提供依据.     

由表观损伤特征反演钢筋混凝土梁承载率神经网络模型

钢筋混凝土梁表观损伤特征与受弯承载率间存在着一定的对应关系,但这种关系极为复杂,很难用显式的数学函数表达.基于神经网络方法研究了表观损伤特征与受弯承载率之间的非线性映射关系,以裂缝宽度、裂缝相对高度、挠度、混凝土强度、配筋率、钢筋屈服强度、钢筋直径、钢筋粘结特性系数、保护层厚度为输入,以受弯承载率为输出,建立了由表观损伤特征反演钢筋混凝土梁受弯承载率的神经网络模型.网络仿真结果与试验值吻合较好,为检测评定在役钢筋混凝土梁的受弯承载率,进而评定其安全性提供了一种新方法和新思路.     

基于纤维梁柱单元的钢筋混凝土柱往复荷载作用下破坏过程分析

为高效准确地模拟往复荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏过程,基于结构精细化模拟分析平台(RSAPS)中的纤维梁柱单元模型,建立一种考虑损伤破坏的钢筋本构模型,并构建了材料破坏准则,从而建立了钢筋混凝土构件受力破坏的分析方法。应用RSAPS平台对钢筋混凝土柱往复加载试验进行模拟,结果表明考虑钢筋损伤破坏的模型可以很好地模拟构件的刚度和承载力退化过程,模拟结果与试验结果更为吻合;进一步对往复荷载作用下钢筋混凝土柱的破坏过程进行模拟分析,结果表明考虑钢筋损伤破坏的模型能够准确地模拟由于局部材料失效破坏导致的钢筋混凝土构件承载力退化、耗能能力降低等非线性行为,可以较好地描述往复荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏过程,可用于地震作用下建筑和桥梁结构倒塌过程分析。     

随机谱载荷下无人机机翼外挂物悬挂挂架的损伤容限分析

机翼外挂物悬挂挂架结构的损伤容限分析是确保结构安全、实现预期目标任务的重要内容,目前针对无人机机翼外挂物悬挂挂架的损伤容限分析及研究较少.以大展弦比无人机机翼组合探头挂架为例,进行了机翼外挂物悬挂挂架损伤容限分析.根据机翼组合探头挂架的结构设计特征,建立了挂架的有限元分析模型,通过疲劳载荷工况应力分析确定了疲劳危险点,采用随机编谱方式,获得了分析部位的损伤容限载荷谱.基于断裂力学,采用Runge-Kutta方法来估算裂纹扩展行为,得到了分析部位的裂纹扩展曲线,获得了裂纹扩展特性.分析结果表明,该挂架的分析部位的裂纹扩展寿命为11 615 250次飞行起落,满足预期的剩余强度值设计要求,可根据裂纹扩展寿命制定检查间隔.     

基于刚度退化和纤维单元的RC构件损伤模型

为了评估钢筋混凝土(RC)构件的损伤状态,在Maltab中建立了基于刚度退化和纤维梁柱单元的损伤模型.首先在OpenSees中建立基于纤维梁柱单元的构件、结构数值分析模型,将分析模型所得到的纤维应力、应变值导入在Matlab中所建立的损伤模型,并计算纤维、截面、构件的损伤值.所建立的损伤模型使用再加载刚度退化定义混凝土纤维的损伤,使用低周疲劳准则定义钢筋纤维的损伤,使用塑性应变定义预应力筋的损伤,并分别使用截面抗弯刚度退化、杆端抗弯刚度退化评估截面、构件的损伤.最后,选取循环荷载作用下的一榀预应力混凝土框架结构试验,对所建立损伤模型的适用性进行验证.结果表明:该损伤模型不仅可以准确地预测构件的损伤状态,而且可通过刚度组装和静力凝聚方法在各层次损伤指数间建立紧密的联系.此外,所建立的损伤模型将来可被嵌入OpenSees,直接实现针对混凝土构件和结构的损伤评估.     

碳纤维布加固钢筋混凝土梁的受弯裂缝计算方法

根据钢筋混凝土构件裂缝分析的综合理论,对碳纤维(CFRP)加固钢筋混凝土梁裂缝宽度的计算方法进行了研究,提出正常使用阶段裂缝计算公式.计算结果与试验结果吻合较好,所提出的计算公式可应用于实际工程.